高速铁路隧道关键科学问题及发展趋势

分析了高速铁路隧道的主要特点,即隧道断面大,长大隧道多,地质条件复杂,使得施工风险极高,可靠性要求高,耐久性控制严格。高速铁路隧道通常成为高速铁路建设的控制性工程,因而为了安全快速地建成高速铁路网,必须在复杂长大隧道修建技术方面实现新的突破。为此提出了高速铁路隧道的关键科学问题,在对现有研究工作进行总结的基础上,提出了高速铁路隧道应重点研究的内容与发展方向。建议通过系统研究建立高速铁路隧道工程的设计理论与技术体系,形成中国隧道建造方法。     

黄土地区高速铁路隧道设计

结合黄土的性质和高速铁路隧道的特点,论述高速铁路黄土隧道设计的要点及注意事项,并结合近年来国际国内大断面硐室施工的实际情况,总结出黄土隧道设计时初期支护、二次衬砌、预留沉落量的计算公式。其中有关的经验教训是多条铁路隧道设计和施工中的总结,希望能给今后高速铁路黄土隧道设计提供借鉴。     

玉京山隧道“四位一体”揭煤防突施工技术

研究目的:成贵高速铁路玉京山隧道为煤与瓦斯突出隧道,为防止出现煤与瓦斯突出、爆炸的安全事故,在前期地质勘察及施工揭示地质情况的基础上,需要对所经10层煤开展揭煤防突专项设计,并在实施过程中予以调整。C5煤层为玉京山隧道进口工区最先遇见的煤层,为突出煤层。对C5煤层揭煤防突的研究可指导其余煤层的施工。研究结论:(1)按照"四位一体"防突体系,制定的先区域防突后局部防突的施工措施是可行的;(2)高速铁路双线隧道开挖断面约140 m2,远大于一般煤矿巷道的20 m2,"四位一体"防突体系运用于铁路双线隧道,应做相应研究调整;(3)防突措施的选择需根据煤层参数、地质特征、工期进度、安全性、经济性等因素综合确定;(4)C5煤层研究结果不仅可对其余9层煤揭煤提供技术指引,也可供其他铁路隧道揭煤防突设计及施工借鉴。     

武广高铁狮子石隧道CRD法施工技术研究

以武广高速铁路狮子石隧道为例,探讨高速铁路双线超大断面隧道在软弱围岩条件下的施工技术与技术处理方法。在施工过程中,结合武广高速铁路狮子石隧道CRD法施工,对大断面隧道支护参数、CRD法施工工艺、施工过程中的难点及处理措施、CRD施工过程控制及其特殊地段处理等进行了阐述,同时,介绍施工注意事项及超前地质预报应用,为类似工程提供借鉴。     

全风化花岗岩富水地层超大断面隧道设计技术

研究目的:在艰险困难山区,受铁路车站设置和联络线出岔影响,会出现多线车站隧道和变断面隧道,甚至形成超大断面隧道。当隧道位于软弱浅埋富水地层时,隧道建设存在以下安全风险:地形地质条件差,地下水发育,易坍塌破坏;初期支护受力大,变形控制难度大,存在变形侵限、失稳及塌方风险;隧道需采取多次开挖支护,受力转换困难,支撑拆换安全风险大。鉴于国内外软弱富水地层超大断面隧道实例不多、研究较少,本文结合实际工程,对此问题进行研究。研究结论:论文总结了国内外超大断面隧道修建技术现状,对隧道施工过程中的力学行为进行了分析,制定了隧道的超前支护措施、衬砌支护参数和施工方法,并得出如下主要结论:(1)软弱富水地层超大断面隧道修建难度大,安全风险高,造价高,需结合隧道工程的具体条件制定切实可行的支护措施和施工方法;(2)为控制软弱富水地层超大断面隧道初期支护变形和初期支护措施转换,采用大墙脚基础和多重支护措施是必要的;(3)为控制软弱富水地层变形,超大断面隧道变形及坍塌,应采取强有力的超前加固及掌子面加固措施;(4)该研究成果可为软弱地层超大断面隧道设计、施工提供借鉴。     

高速铁路山岭隧道智能化建造技术研究——以郑万高速铁路湖北段为例

高速铁路山岭隧道智能建造技术是“智能铁路”的有机组成部分,能有效节约人力资源,并更好的保证施工安全和质量,是我国高速铁路隧道建造技术的发展方向。为提升我国隧道工程建造技术水平,基于互联网、大数据分析、人工智能、BIM等技术,结合郑万高速铁路湖北段隧道机械化、信息化施工研究成果,围绕隧道支护参数设计、施工控制执行、施工质量管控及检测,提出了高速铁路山岭隧道智能化建造技术的总体架构,包括:高速铁路山岭隧道围岩智能分级系统、隧道设计参数智能化选择系统、隧道开挖及支护智能化施工系统、隧道质量智能化管控及检测系统、隧道智能化建造协同管理平台,分析了各系统的研究进展,并提出了我国隧道智能化建造技术发展的3个阶段。对推动我国隧道智能化建造标准体系的建立具有一定的参考价值。     

《铁路隧道设计规范》修订内容评析

研究目的:通过对行业标准《铁路隧道设计规范》(TB 10003—2016)全面修订涉及的规范适用范围、设计使用年限、围岩分级、洞口工程、隧道防排水、衬砌配筋、无砟轨道及不良地质衬砌设计等主要内容的介绍和评析,指明今后隧道设计应重视和完善的新内容,使隧道工程设计更好地适应铁路建设发展要求。研究结论:(1)修订了规范适用范围,增加了隧道跨度分类标准,补充了隧道各部分结构设计使用年限要求;(2)引入了围岩基本质量指标BQ,补充了施工阶段围岩亚分级,完善了隧道围岩分级方法;(3)完善了洞口设计规定,增加了掘进机法及盾构法隧道衬砌设计要求,修订了衬砌受力钢筋的最小配筋率及构造要求;(4)优化了隧道防水等级标准及适用范围,补充了防排水措施、隧底排水要求;(5)新增了岩溶、瓦斯、高地应力区、黄土、寒区等不良地质及特殊岩土隧道设计规定,新增了施工方法及措施内容,增加了环境保护设计规定;(6)本研究成果可为铁路隧道设计施工提供借鉴。     

高速铁路隧道围岩力学参数反演研究

研究目的:隧道围岩是一种非均质、不连续的地质体,其力学参数的确定直接关系数值模拟结果的准确性。针对隧道围岩力学参数难以有效获取的问题,本文依托阳山高速铁路隧道,采用FLAC~(3D)对隧道施工过程进行数值模拟,并基于遗传算法(GA)优化的支持向量机(SVM),研究高速铁路隧道围岩力学参数反演方法。在此基础上,建立隧道有限差分模型,分析不同台阶长度施工时围岩的变形、应力分布及破坏形态。研究结论:(1)围岩拱顶沉降模拟结果与实测值基本吻合,验证了所建立的隧道围岩力学参数反演模型的可行性;(2)当施工台阶的长度大于6 m时,隧道围岩稳定性急剧降低,不利于人员安全及隧道有序施工;(3)本研究结论可为后续施工提供可靠依据,同时可为隧道施工的稳定性分析提供参考。     

煤层采空区铁路工程地质综合勘察技术研究

研究目的:在高速铁路、客运专线和铁路路网配套建设中,线路经过地段往往难以绕避一些时间久远、分布无规律且地面痕迹不明显的小煤窑等古老采空区。此类采空区对铁路建筑物的危害极大,如何准确地查明其空间位置、塌落、回填和充水情况、残留的有害气体成分和分布情况等,一直是困扰铁路工程地质勘察的一大难题。本文以赣龙复线铁路小密隧道出口段为工程实例,采用综合勘察技术查明采空区复杂的工程地质条件,取得合理的岩土参数,为采空区加固处理设计提供可靠依据。研究结论:(1)采用地质调绘、综合物探、结合必要的地质钻探、综合测试,并通过综合分析、研究等综合勘察技术可准确查明采空区复杂的工程地质条件,取得合理的岩土参数;(2)小密隧道施工已近四年,经施工验证,采空区地质勘察成果与实际地质条件相当吻合;(3)提出了铁路工程采空区综合勘察存在的问题和相关建议;(4)本研究结论可为类似采空区工程地质勘察提供一定的指导和参考。     

CPⅢ轨道控制网分段测设技术在长大隧道无砟道床施工中的应用

随着高速铁路在我国西部山区的全面开工建设,长大隧道内无砟轨道施工进度已成为制约建设工期的重点。如何确保长大隧道无砟轨道施工质量和建设工期总体目标,其中施工关键技术之一的CPⅢ控制网能否按期完成至关重要。结合南宁至钦州高速铁路花甲山隧道工程施工中取得的创新成果,总结了长大隧道内轨道控制网分段测设关键技术和操作要点,给类似工程提供借鉴。     

大断面黄土隧道施工方法分析

研究目的:大断面黄土隧道开挖可采用双侧壁导坑法、CRD法、台阶法等,本文依托郑州至西安高速铁路大断面黄土隧道工程实例,通过对三种常用工法的理论分析,并结合现场初期支护下沉收敛、地表沉降的监测,对比分析各种工法的优缺点,提出适用于高速铁路大断面黄土隧道安全快速的开挖方法。研究结论:(1)在三台阶七步法、CRD法及双侧壁导坑法中,初期支护在施作二次衬砌前的安全系数分别为1.3、1.4、2.6,CRD法及双侧壁导坑法临时支护安全系数最小值为1.2、1.9,均能保证施工阶段的安全;(2)地表沉降值和黄土性质关联性更强,采用三台阶七步法和CRD法开挖,地表沉降值均在10 cm以上,双侧壁导坑法可将地表沉降值控制在5 cm以内;(3)高速铁路大断面黄土隧道无特殊情况下宜采用三台阶七步法开挖;(4)本研究成果可为类似断面工程的施工提供借鉴。     

高速铁路客运专线隧道防排水设计

结合武广铁路客运专线的建设,对高速铁路客运专线隧道防排水设计、施工进行了分析和总结,针对建设过程中出现的问题,提出对今后高速铁路隧道防排水设计及施工需要完善和改进的建议,主要有初期支护喷混凝土防水、施工缝止水带形式的合理选用、封堵拱顶预埋注浆孔注意事项、无砟轨道基础与侧沟壁之间积水引排措施、隧道基底位置地下水引排措施、洞外排水系统设计的完善和改进措施。     

高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道施工质量评价体系研究

研究目的:高速铁路无砟轨道施工质量管理评价是对高速铁路建设项目的质量管理水平进行综合评价,科学合理的评价有利于促进高速铁路无砟轨道的发展,有利于高速铁路无砟轨道施工质量管理的完善和成熟。本文结合高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道的特点,以现场各单位的检测数据为基础,通过将系统工程学中的层次分析法与模糊综合评价法相结合,拟为无砟轨道施工的质量建立一种科学、有效的评价方法。研究结论:(1)建立了高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道施工质量评价体系,该评价体系综合考虑了各种影响无砟轨道施工质量的因素,并采用模糊模型从系统的角度对无砟轨道的施工质量进行评价;(2)与某铺设CRTSⅡ型板式无砟轨道路段施工质量现场检测结果进行了对比,结果表明该评价体系能够对无砟轨道的施工质量做出准确、合理的评价;(3)该研究成果可为高速铁路无砟轨道施工的质量提供评判依据,可促进我国高速铁路无砟轨道施工质量管理的科学实施。     

超大断面隧道分部开挖施工技术

大断面隧道已成为高速铁路隧道的重要组成部分,结合哈大客运专线笔架山隧道CRD法施工,对大断面隧道优化施工方案进行了详细阐述,说明施工注意事项及超前地质预报应用,为类似工程提供借鉴.     

高速铁路隧道竣工测量新技术

中国现阶段大规模进行的铁路客运专线建设对设计、施工和运营管理都提出了更高的要求,这就要求工程质量检查手段也相应地跟上,在快速、准确获得检测数据的基础上建立起科学的工程质量评价标准和体系,无疑是现阶段的一个重要任务。隧道作为客运专线中的重要构筑物,其工程质量的优劣直接关系到客运专线的可用性和运营安全,因此,与隧道工程质量有关的施工过程控制和交工验收应作为隧道建设的一个重要内容。认识和了解国外隧道测量技术的新发展对提高中国高速铁路隧道的质量检测技术水平具有重要借鉴意义。以德国纽伦堡—茵戈施塔特高速铁路新线为例,介绍德国在高速铁路隧道竣工测量方面的实践,其中最为突出的是以GRP5000为代表的激光扫描测量技术及其应用。     

软弱围岩浅埋大断面隧道下穿村庄施工控制技术

通过分析爆破振动速度测试、地表量测、地表裂缝的产生机制及发展规律以及施工控制及防治技术,指导和组织娄邵铁路扩能改造工程金石冲隧道在浅埋软弱地层中下穿村庄施工。通过优化爆破施工参数设计、加强支护措施,施工过程中及时变换施工方法和处理方案,以适应动态设计、动态施工、动态管理,并在施工过程中加强超前地质预报和监控量测工作,大力推行信息化施工技术,总结形成软弱围岩条件下大断面浅埋隧道施工综合控制技术,可为以后的隧道建设施工提供借鉴。     

客运专线简支箱梁施工技术经济比选及施工组织设计

简支箱梁施工是客运专线与高速铁路建设的关键性控制工程，此文结合我国在建客运专线实际情况，对简支箱梁施工技术进行总结，并对箱梁施工技术进行经济比选，为桥梁施工组织设计提供借鉴。此文还对客运专线简支箱梁施工组织设计中制梁场设置方案、架梁进度及保证工期的措施等问题进行了阐述，可为客运专线及高速铁路施工组织设计提供经验。     

高速铁路桥隧相连段结构设计

位于中西部山区的高速铁路需修建大量的桥隧工程,造成桥台(梁)伸入隧道内布置,隧道洞口段往往为土质地层或基岩风化层,地质条件比较差,桥隧相连段隧道断面大,结构受力复杂,设计、施工难度很大,处理不好,容易留下安全隐患。以西成客运专线工程设计为实例,采用工程类比与理论计算相结合的方法,对桥隧相连段的尺寸拟定、结构设计、排水设计方案等主要技术难点进行研究,成功解决了桥隧相连段的设计难题。研究结论:(1)隧道净空尺寸除满足建筑限界外,必需考虑桥台、梁的结构尺寸、检修高度、设备布置等综合因素;(2)桥隧相连段断面大,结构措施宁强勿弱、安全可靠;(3)隧道低洞口端要设置汇水井、转向排水管、引排管等设施,解决排水问题。     

极软弱破碎围岩门式系统挑顶技术研究

随着我国西南部交通建设的不断发展,工程中长大隧道不断增多,而往往因工期紧迫需要开辟新的工作面,挑顶施工就显得尤为重要。郑万铁路湖北段罗家山隧道全长10 640 m,为超大断面双线高铁隧道,4#横通道与正洞交叉段为极软弱破碎Ⅴ级围岩。通过对4#横通道转正洞挑顶施工技术和要点进行研究总结,可为类似岩层隧道挑顶施工提供参考和借鉴。     

高速铁路隧道施工风险管理技术探索

"风险管理"是当代经济领域中被人们广泛研究的一个课题。近年来随着我国高速铁路的快速发展,铁路隧道的开挖断面、掘进长度均不断增大,断面形式多种多样,因此隧道工程施工期间的风险性亦与日俱增,在此基础上隧道风险管理技术被广大工程界人士逐步提到新的议事日程。以高速铁路隧道风险管理为研究对象,通过风险管理在兰渝铁路LYS-2标施工中的分析、总结,对风险管理在隧道施工中的应用进行了探索和研究,并形成了具有系统性、完整性和可操作性的隧道风险管理模式,供广大隧道施工和建设管理人员参考。